3. 肝臓における中性脂肪合成経路の絶食・摂食応答
肝臓や脂肪組織の中性脂肪合成系遺伝子群は絶食時に発現が抑制され，摂食時には逆に遺伝子発現が劇的に増加する．以前，我々はこの肝臓の中性脂肪合成系遺伝子群の絶食・摂食応答は転写因子SREBP-1（sterol regulatory element-binding protein-1）の働きを介するものであることをSREBP-1ノックアウトマウスの解析から報告した2）- 2) Shimano, H., Yahagi, N., Amemiya-Kudo, M., Hasty, A.H., Osuga, J., Tamura, Y., Shionoiri, F., Iizuka, Y., Ohashi, K., Harada, K., Gotoda, T., Ishibashi, S., & Yamada, N. (1999) J. Biol. Chem., 274, 35832–35839.
．図1Bに示すとおり，SREBP-1ノックアウトマウスの肝臓においては，FASやACCなどの中性脂肪合成系酵素遺伝子の食事性の誘導が著明に減弱している．この結果，食後の血中トリグリセリド（TG）値は有意に低下し，また肝臓の脂肪含量も低下傾向を示す（ただし脂肪組織重量への影響については，コントラバーシャルであるものの，大きな変化はもたらさない）．また，これらの中性脂肪合成系遺伝子群は，摂食応答で増加する遺伝子群の中でも増加率の上位を占めており，最も強く食事の影響を受けて発現変動する遺伝子群である3）- 3) Yahagi, N. & Shimano, H. (2005) in Understanding Lipid Metabolism with Microarrays and Other Omic Approaches (Berger, A. & Roberts, M.A. eds.), pp. 237–248, CRC Press.
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1）転写因子SREBP-1の役割
転写因子SREBP-1は，basic-helix-loop-helix-leucine zipper（bHLH-Zip）ファミリーに属する転写因子であり4）- 4) Yokoyama, C., Wang, X., Briggs, M.R., Admon, A., Wu, J., Hua, X., Goldstein, J.L., & Brown, M.S. (1993) Cell, 75, 187–197.
，同じファミリーに属するSREBP-2がコレステロール合成系の諸酵素遺伝子の転写をつかさどるのに対し，SREBP-1は主に脂肪酸・中性脂肪合成系の諸酵素遺伝子の転写を促進する働きを持つ．
絶食・摂食応答に際し，SREBP-1はその標的となる中性脂肪合成系遺伝子群の発現制御を行うが，それに先立って，SREBP-1自身の発現が絶食で著明に低下し，逆に，摂食で顕著に誘導される5）．
2）LXR/RXRによるSREBP-1遺伝子の転写制御
では，そのSREBP-1の発現制御機構はどのようになっているのか？ SREBP-1遺伝子の発現制御機構については，まず，LXR（liver X receptor）αおよびβのダブルノックアウトマウスの肝臓においてSREBP-1発現が著名に低下していたことから，LXRがSREBP-1cプロモーターに結合し，転写調節に関与していることが2000年に報告された6）- 6) Repa, J.J., Liang, G., Ou, J., Bashmakov, Y., Lobaccaro, J.M., Shimomura, I., Shan, B., Brown, M.S., Goldstein, J.L., & Mangelsdorf, D.J. (2000) Genes Dev., 14, 2819–2830.
．またほぼ同時期に我々もSREBP-1プロモーターを活性化する因子の発現クローニングを行ったところ，LXRαとβが単離され7）- 7) Yoshikawa, T., Shimano, H., Amemiya-Kudo, M., Yahagi, N., Hasty, A.H., Matsuzaka, T., Okazaki, H., Tamura, Y., Iizuka, Y., Ohashi, K., Osuga, J., Harada, K., Gotoda, T., Kimura, S., Ishibashi, S., & Yamada, N. (2001) Mol. Cell. Biol., 21, 2991–3000.
，LXRの関与が裏づけられた．
LXRは酸化ステロールをリガンドとする核内受容体型転写因子であり，RXR（retinoid X receptor）とヘテロ二量体を形成してLXRE（LXR response element）に結合し，ステロールの代謝調節などをつかさどっている．
3）KLF15によるLXR/RXR転写抑制
ここで，SREBP-1の絶食・摂食応答が，酸化ステロールなどのLXRリガンドとなる食事由来の代謝物量の変化によってもたらされるのでは？という仮説が浮上する．実はこの仮説は，LXRの，SREBP-1以外の標的遺伝子が絶食・摂食で発現変動を示さないことなどからも否定されるが，我々はさらに詳細なSREBP-1プロモーターに対するin vivoでのレポーター遺伝子解析（in vivo Ad-luc解析）（図2）を行った結果，SREBP-1の絶食・摂食応答にはLXREだけでは不十分であり，その近傍の別のシスエレメントが必須の働きをしていることをつきとめた1）- 1) Takeuchi, Y., Yahagi, N., Aita, Y., Murayama, Y., Sawada, Y., Piao, X., Toya, N., Oya, Y., Shikama, A., Takarada, A., Masuda, Y., Nishi, M., Kubota, M., Izumida, Y., Yamamoto, T., Sekiya, M., Matsuzaka, T., Nakagawa, Y., Urayama, O., Kawakami, Y., Iizuka, Y., Gotoda, T., Itaka, K., Kataoka, K., Nagai, R., Kadowaki, T., Yamada, N., Lu, Y., Jain, M.K., & Shimano, H. (2016) Cell Reports, 16, 2373–2386.
．さらに，このシスエレメントに結合して作用する転写因子を，我々が独自に構築した網羅的転写因子発現ライブラリー（transcription factor expression library：TFEL，論文投稿中）から探索したところ，KLF15（Kruppel-like factor 15）が同定された．
分子どうしの相互作用を詳細に検討した結果，KLF15が絶食（空腹）時に誘導されると，KLF15とLXR/RXRはSREBP-1遺伝子プロモーター上で複合体を形成すること，この複合体は転写抑制因子RIP140を呼び込むことでSREBP-1遺伝子の転写をOFFにすることが判明した．また，食後には逆に，KLF15の発現が低下し，この複合体から消失することで，転写抑制因子RIP140が転写促進因子SRC1と入れ替わり，SREBP-1遺伝子の転写がONになるという新たなメカニズムが明らかになった（図3）1）- 1) Takeuchi, Y., Yahagi, N., Aita, Y., Murayama, Y., Sawada, Y., Piao, X., Toya, N., Oya, Y., Shikama, A., Takarada, A., Masuda, Y., Nishi, M., Kubota, M., Izumida, Y., Yamamoto, T., Sekiya, M., Matsuzaka, T., Nakagawa, Y., Urayama, O., Kawakami, Y., Iizuka, Y., Gotoda, T., Itaka, K., Kataoka, K., Nagai, R., Kadowaki, T., Yamada, N., Lu, Y., Jain, M.K., & Shimano, H. (2016) Cell Reports, 16, 2373–2386.
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実はこのKLF15は，糖新生系遺伝子の転写調節にも関与していることが知られており8）- 8) Gray, S., Wang, B., Orihuela, Y., Hong, E.G., Fisch, S., Haldar, S., Cline, G.W., Kim, J.K., Peroni, O.D., Kahn, B.B., & Jain, M.K. (2007) Cell Metab., 5, 305–312.
，今回の研究から，絶食・摂食応答の中で糖新生系と中性脂肪合成系とが逆向きの調節を受ける機序の一つが解明された．
なお，初代培養肝細胞を含む培養細胞では，KLF15の発現は顕著に減少していることも判明し，in vivoでのプロモーター解析を行うことによって初めて，これまで見逃されていたKLF15を含む転写複合体の重要性を解明することができたと考えている．
4）肥満の病態におけるKLF15の発現変化
さらに，肥満モデルマウスでは肝臓のKLF15の発現が低下しており，これを人為的に増加させると肥満マウスの高脂血症が改善することも判明し1）- 1) Takeuchi, Y., Yahagi, N., Aita, Y., Murayama, Y., Sawada, Y., Piao, X., Toya, N., Oya, Y., Shikama, A., Takarada, A., Masuda, Y., Nishi, M., Kubota, M., Izumida, Y., Yamamoto, T., Sekiya, M., Matsuzaka, T., Nakagawa, Y., Urayama, O., Kawakami, Y., Iizuka, Y., Gotoda, T., Itaka, K., Kataoka, K., Nagai, R., Kadowaki, T., Yamada, N., Lu, Y., Jain, M.K., & Shimano, H. (2016) Cell Reports, 16, 2373–2386.
，治療的観点からもKLF15の重要性が明らかになった．KLF15の発現誘導の機序が今後研究の必要な重要な問題と思われ，現在，in vivoでのプロモーター解析や転写複合体解析を同様の手法で進めている．
以上をまとめると，今回の我々の研究により，食事状況に応じて中性脂肪合成がON・OFFされる仕組みが初めて解明され，肥満・脂質異常症の治療的観点からもこの機序の重要性が明らかとなった．
5）LXRリガンドの役割
前述のように，SREBP-1遺伝子はコレステロール代謝物などのLXRリガンドによっても発現調節を受けるが，このことの生理的意義については次のように考えている．コレステロール代謝物は，LXR活性化を通じてステロール過剰時にSREBP-1のmRNA発現を高める方向に作用するが，一方で，SREBP-1タンパク質切断による活性化の段階ではステロール過剰により活性化が抑制される．このため，トータルとして，コレステロール代謝物量は活性化SREBP-1タンパク質量に大きな影響を与えない．つまり，転写調節機構と切断活性化調節機構が互いに逆方向に作用し，打ち消し合うことにより，本来，中性脂肪合成系の調節をつかさどるSREBP-1をステロール調節系から独立させ，ステロール需給バランスの影響を受けにくくしていると考えられる．
6）その他のSREBP-1活性化メカニズム
その他のSREBP-1活性化メカニズムとして，以前からTORC1（target of rapamycin complex 1）がSREBP-1活性化に寄与することが報告されていたが9）- 9) Porstmann, T., Santos, C.R., Griffiths, B., Cully, M., Wu, M., Leevers, S., Griffiths, J.R., Chung, Y.L., & Schulze, A. (2008) Cell Metab., 8, 224–236.
，その後，TORC1がlipin 1のリン酸化を介してその局在を変化させ（lipin 1は脱リン酸化状態では核へ移行），その結果としてSREBP-1の核タンパク質量を調節していることが報告された10）- 10) Peterson, T.R., Sengupta, S.S., Harris, T.E., Carmack, A.E., Kang, S.A., Balderas, E., Guertin, D.A., Madden, K.L., Carpenter, A.E., Finck, B.N., & Sabatini, D.M. (2011) Cell, 146, 408–420.
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